Name: Eine helle NIR-II-Fluoreszenzsonde für die Gefäß- und Tumorbildgebung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-17T14:55:00.000+00:00
Duration: 5 min 51 s
Description: Erfahren Sie die NIR-II-Fluoreszenzbildgebung für Gefäß- und Tumoranalysen bei lebenden Mäusen. Diese Methode ermöglicht hochauflösende Darstellungen für biomedizinische Forschung und klinische Anwendungen.

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Diese Arbeit wurde teilweise durch Zuschüsse der NSFC (82273796, 82111530209), Sonderfonds zur Steuerung der lokalen Wissenschafts- und Technologieentwicklung der Zentralregierung (XZ20220202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), des Schlüsselprojekts für wissenschaftliche und technische Innovation der Provinz Hubei (2020BAB058), der Grundlagenforschungsfonds für die zentralen Universitäten und der COVID-19-Präventions- und Kontrollprogramme der Autonomen Region Tibet für die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie unterstützt.

Tierversuche für NIR-II-Bildgebungsstudien wurden am Tierversuchszentrum der Universität Wuhan durchgeführt, das mit der International Association for Experimental Animal Care (AALAC) ausgezeichnet wurde. Alle Tierstudien wurden gemäß den Richtlinien der China Animal Welfare Commission für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren durchgeführt und vom Animal Care and Use Committee (IACUC) des Animal Experimental Center der Universität Wuhan genehmigt.
Für die vorliegende Studie wurden weibliche BALB/c-Nacktmäuse (~20 g) im Alter von 6 Wochen verwendet.
1. NIR-II-Bildgebungsvorbereitung
<ol><li>Legen Sie handelsüblichen schwarzen Karton (siehe Materialtabelle) in die Mitte des Trägers. Legen Sie dann die Probe auf den schwarzen Karton, so dass sich die Probe in der Mitte des Trägers befindet (eine Stufe, die sich im Bildgebungsgerät befindet). HINWEIS: Im Vergleich zu weißem Karton weist schwarzer Karton während der NIR-II-Bildgebung weniger Hintergrundinterferenzen auf.</li>
	<li>Wählen Sie einen geeigneten Filter basierend auf der Wellenlänge der NIR-II-Sonde. Drücken Sie lange (>2 s), um den Boxbereich (z. B. 900 LP) entsprechend dem Filtermodell in der Bildschirmoberfläche zu steuern, wenn das System den Filter in den optischen Abbildungspfad bewegt.</li>
	<li>Drücken Sie die Plattform lange auf die Touchscreen-Oberfläche des Bedienbereichs der Trägerkonsole, so dass die Trägerkonsole nach oben gerichtet ist. Drücken Sie die Plattform lange nach unten, damit sich der Träger nach unten konsoliert.</li>
	<li>Stellen Sie die Plattformhöhe auf "0 mm" (Höhenverstellung) ein und verwenden Sie die automatische Fokussierung, um das NIR-II-Bild klar zu machen.</li>
</ol>2. Synthese des NIR-II-Farbstoffs (HLY1)
<ol><li>Wiegen Sie die für das Syntheseexperiment benötigten Rohstoffe. Stellen Sie sicher, dass sie sich nicht verschlechtern.</li>
	<li>Verbindung 1 (200 mg, 0,18 mmol), PdCl 2(dppf)2CH2Cl2 (28 mg, 0,04 mmol), N-Phenyl-N-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)naphthalin-2-amin (170 mg, 0,4 mmol) und K 2 CO3 (46 mg, 0,34 mmol) zu Tetrahydrofuran (THF) -Lösung in einen 25 ml Rundkolben geben. Das Gemisch wird 4 h lang bei 75 °C unterN2-Atmosphäre gerührt (Abbildung 1A). ANMERKUNG: Für das Syntheseverfahren von Verbindung 1 und N-Phenyl-N-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)naphthalin-2-amin siehe Li et al.21. Die chemischen Strukturen sind in Abbildung 1A dargestellt.</li>
	<li>Nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur wird die Reaktion mit destilliertem (DI) Wasser (80 ml) abgeschreckt und das Gemisch mit DCM (Dichlormethan)/H2O (30 ml) (dreimal) extrahiert. Das Rohprodukt wird durch Säulenchromatographie 16 (Petrolether:DCM =10 :1) gereinigt, um HLY1 zu einem grünen Feststoff (78 mg, 30 % Ausbeute) zu machen.</li>
	<li>Legen Sie den Farbstoff HLY1 zur späteren Verwendung unter den Schutz von Stickstoff in den Kühlschrank. Diese kann bis zu 6 Monate gelagert werden.</li>
</ol>3. Herstellung einer wasserabhängigen Nanosonde
<ol><li>Wiegen Sie HLY1 (1 mg) und amphipathische Verkapselungsmaterialien, 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N-[amino(polyethylenglykol)-2k (DSPE-PEG2k, 10 mg; siehe Materialtabelle).</li>
	<li>Bereiten Sie HLY1-Punkte20 vor, indem Sie DSPE-PEG2k als Verkapselungsmatrix verwenden (Nanopräzipitationsmethode12) (Abbildung 1C). HLY1 wird in THF (1 ml) gelöst und langsam in ein Becherglas gegeben, das die wässrige Lösung DSPE-PEG2k (9 ml) mit Beschallung bei 25 °C enthält. Anschließend wird THF durch Dialyse20 aus dem Gemisch entfernt.</li>
	<li>Konzentrieren Sie die obige Lösung zentrifugal mit Ultrafiltration 18 (7100 x g für10 min) und stellen Sie sie dann zur zukünftigen Verwendung in einen Kühlschrank bei 4 °C. Diese kann bis zu 1 Monat gelagert werden. HINWEIS: Die mit DSPE-PEG2k beladene wässrige Nanosondenlösung sollte über 0 °C gelagert und so schnell wie möglich verwendet werden.</li>
</ol>4. Konstruktion tumortragender Mäuse
<ol><li>Kultivieren Sie 4T1-Brustkrebszellen der Maus (4T1) in Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM), ergänzt mit 10 % (v/v) fötalem Rinderserum (FBS) und 1 % (v/v) Penicillin-Streptomycin (siehe Materialtabelle) und halten Sie sie in einem befeuchteten Inkubator mit 5 % CO2 bei 37 °C.</li>
	<li>Für das NIR-II-Fluoreszenzbildgebungsexperiment werden 4T1-Zellen (5 x 107) 24 h lang kultiviert, mit Trypsin (1 ml) verdaut und zweimal mit serumfreiem DMEM (4 ml) gewaschen.</li>
	<li>Betäuben Sie die Mäuse durch Behandlung mit Isofluran (2%). Bestätigen Sie eine ausreichende Anästhesie, indem Sie die Zehen oder Fußsohlen der Mäuse stimulieren, und beobachten Sie, ob die Mäuse reagieren. Wenn es keine Reaktion gibt, bedeutet dies, dass die Anästhesie ausreichend ist32.</li>
	<li>Dann injizieren Sie mit einer Insulininjektionsnadel die 4T1-Zellmischung durch subkutane Injektion (100 μl) in die Mäuse. HINWEIS: NIR-II-Bildgebungsstudien wurden ~2 Wochen nach der Inokulation durchgeführt, als der Tumor auf ein Volumen von ~100 mm3 angewachsen war. Bitte bestätigen Sie vor der NIR-II-Tumorbildgebung die Tumorgröße. Die Tumorgröße wurde für die vorliegende Studie mit einem elektronischen Messschieber geschätzt11.</li>
</ol>5. In-vivo-NIR-II-Fluoreszenzbildgebung
<ol><li>Anästhesieren Sie die Mäuse durch Behandlung mit Isofluran (2%) und führen Sie eine NIR-II-Bildgebung des gesamten Körpers der Mäuse mit einem optischen NIR-II-Bildgebungssystem durch (siehe Materialtabelle). HINWEIS: Achten Sie auf die Dosierung des Anästhetikums, um den Tod von Mäusen zu vermeiden. Im Allgemeinen dauert die Anästhesie 5-10 Minuten. Stimulieren Sie die Zehen oder Fußsohlen der Mäuse und beobachten Sie, ob die Mäuse reagieren. Wenn es keine Reaktion gibt, bedeutet dies, dass die Anästhesie ausreichend ist.</li>
	<li>Nehmen Sie eine Lösung von HLY1-Punkten (0,8 mg/ml, 200 μl). Injizieren Sie die HLY1-Punkte intravenös in die anästhesierten Mäuse und führen Sie 3 Minuten später eine NIR-II-Fluoreszenzbildgebung der Blutgefäße des gesamten Körpers von Mäusen mit einem NIR-II-Bildgebungssystem durch. Konzentrieren Sie sich weiter auf den Kopf der Maus, um die Gefäßbildgebung des Gehirns zu erfassen. HINWEIS: Verwenden Sie während der Bildgebung saubere experimentelle Handschuhe, um saubere NIR-II-Bilder zu erhalten.</li>
	<li>Sammeln Sie die Bilder 5 Minuten nach der Injektion von HLY1-Punkten in Mäuse und verarbeiten Sie die Daten mit der ImageJ-Software. Die Geräteparameter des optischen NIR-II-Bildgebungssystems liegen bei 90 mW/cm2 (808 nm Laser).</li>
	<li>Nach Abschluss des Experiments werden die Tiere nach institutionell genehmigten Protokollen eingeschläfert. HINWEIS: Für die vorliegende Studie wurden die Tiere eingeschläfert, indem sie überschüssigem Isofluran32 ausgesetzt wurden.</li>
</ol>

<ol><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Versatile+types+of+inorganic%2Forganic+NIR-IIa%2FIIb+fluorophores%3A+from+strategic+design+toward+molecular+imaging+and+theranostics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Versatile types of inorganic/organic NIR-IIa/IIb fluorophores: from strategic design toward molecular imaging and theranostics.</a> Chemical Reviews. 122 (1), 209-268 (2022).</li>
<li>Zhou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mn-loaded+apolactoferrin+dots+for+in+vivo+MRI+and+NIR-II+cancer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Mn-loaded apolactoferrin dots for in vivo MRI and NIR-II cancer imaging.</a> Journal of Materials Chemistry C. 7 (31), 9448-9454 (2019).</li>
<li>Zhang, F., Tang, B. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+luminescent+probes+for+bioimaging+and+biosensing%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Near-infrared luminescent probes for bioimaging and biosensing.</a> Chemical Science. 12 (10), 3377-3378 (2021).</li>
<li>Yao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bright%2C+renal-clearable+NIR-II+brush+macromolecular+probe+with+long+blood+circulation+time+for+kidney+disease+bioimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">A bright, renal-clearable NIR-II brush macromolecular probe with long blood circulation time for kidney disease bioimaging.</a> Angewandte Chemie International Edition. 61 (5), 202114273(2022).</li>
<li>Gao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+engineering+of+near-infrared-II+photosensitizers+with+steric-hindrance+effect+for+image-guided+cancer+photodynamic+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Molecular engineering of near-infrared-II photosensitizers with steric-hindrance effect for image-guided cancer photodynamic therapy.</a> Advanced Functional Materials. 31 (14), 2008356(2021).</li>
<li>Ding, F., Fan, Y., Sun, Y., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+1000+nm+emission+wavelength%3A+recent+advances+in+organic+and+inorganic+emitters+for+deep-tissue+molecular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Beyond 1000 nm emission wavelength: recent advances in organic and inorganic emitters for deep-tissue molecular imaging.</a> Advanced Healthcare Materials. 8 (14), 1900260(2019).</li>
<li>Yang, Y., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+fluorophores+for+in+vivo+bioimaging+in+the+second+near-infrared+window%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Nuclear+Medicine+and+Molecular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Molecular fluorophores for in vivo bioimaging in the second near-infrared window.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 49 (9), 3226-3246 (2022).</li>
<li>Ding, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymethine+thiopyrylium+fluorophores+with+absorption+beyond+1000+nm+for+biological+imaging+in+the+second+near-infrared+subwindow%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medicinal+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Polymethine thiopyrylium fluorophores with absorption beyond 1000 nm for biological imaging in the second near-infrared subwindow.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 62 (4), 2049-2059 (2019).</li>
<li>Cheng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+diketopyrrolopyrrole+Nir-Ii+fluorophores+and+Ddr+inhibitors+for+in+vivo+chemo-photodynamic+therapy+of+osteosarcoma%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Novel diketopyrrolopyrrole Nir-Ii fluorophores and Ddr inhibitors for in vivo chemo-photodynamic therapy of osteosarcoma.</a> Chemical Engineering Journal. , 136929(2022).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nir-Ii+chemiluminescence+molecular+sensor+for+in+vivo+high-contrast+inflammation+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Nir-Ii chemiluminescence molecular sensor for in vivo high-contrast inflammation imaging.</a> Angewandte Chemie International Edition. 59 (42), 18380-18385 (2020).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+second+near-infrared+Ru%28Ii%29+polypyridyl+complex+for+synergistic+chemo-photothermal+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medicinal+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A second near-infrared Ru(Ii) polypyridyl complex for synergistic chemo-photothermal therapy.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 65 (3), 2225-2237 (2022).</li>
<li>Xu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long+wavelength-emissive+Ru%28Ii%29+metallacycle-based+photosensitizer+assisting+in+vivo+bacterial+diagnosis+and+antibacterial+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Long wavelength-emissive Ru(Ii) metallacycle-based photosensitizer assisting in vivo bacterial diagnosis and antibacterial treatment.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (32), 2209904119(2022).</li>
<li>Xu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+of+emissive+Ruthenium%28II%29+metallacycle+over+1000+nm+wavelength+for+in+vivo+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Construction of emissive Ruthenium(II) metallacycle over 1000 nm wavelength for in vivo biomedical applications.</a> Nature Communications. 13 (1), 2009(2022).</li>
<li>Wang, S., Li, B., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+fluorophores+for+deep-tissue+bioimaging%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Central+Science%22%5BJournal%5D)">Molecular fluorophores for deep-tissue bioimaging.</a> ACS Central Science. 6 (8), 1302-1316 (2020).</li>
<li>Sun, Y., Sun, P., Li, Z., Qu, L., Guo, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Natural+flavylium-inspired+far-red+to+NIR-II+dyes+and+their+applications+as+fluorescent+probes+for+biomedical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Natural flavylium-inspired far-red to NIR-II dyes and their applications as fluorescent probes for biomedical sensing.</a> Chemical Society Reviews. 51 (16), 7170-7205 (2022).</li>
<li>Shen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rational+design+of+NIR-II+AIEgens+with+ultrahigh+quantum+yields+for+photo-+and+chemiluminescence+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Rational design of NIR-II AIEgens with ultrahigh quantum yields for photo- and chemiluminescence imaging.</a> Journal of the American Chemical Society. 144 (33), 15391-15402 (2022).</li>
<li>Mu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+chemistry+of+organic+contrast+agents+in+the+NIR-II+window%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">The chemistry of organic contrast agents in the NIR-II window.</a> Angewandte Chemie International Edition. 61 (14), 202114722(2022).</li>
<li>Lu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIR-II+fluorescence%2Fphotoacoustic+imaging+of+ovarian+cancer+and+peritoneal+metastasis%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Research%22%5BJournal%5D)">NIR-II fluorescence/photoacoustic imaging of ovarian cancer and peritoneal metastasis.</a> Nano Research. 15 (10), 9183-9191 (2022).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+Cd-Mof+NIR-II+fluorophores+for+gastric+ulcer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Chemical+Letters%22%5BJournal%5D)">Novel Cd-Mof NIR-II fluorophores for gastric ulcer imaging.</a> Chinese Chemical Letters. 32 (10), 3061-3065 (2021).</li>
<li>Lin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+near-infrared+II+aggregation-induced+emission+dots+for+in+vivo+bioimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Novel near-infrared II aggregation-induced emission dots for in vivo bioimaging.</a> Chemical Science. 10 (4), 1219-1226 (2018).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small-molecule+fluorophores+for+near-infrared+IIb+imaging+and+image-guided+therapy+of+vascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22CCS+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Small-molecule fluorophores for near-infrared IIb imaging and image-guided therapy of vascular diseases.</a> CCS Chemistry. 4 (12), 3735-3750 (2022).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+NIR-II+organic+fluorophores+for+bioimaging+beyond+1550+nm%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Novel NIR-II organic fluorophores for bioimaging beyond 1550 nm.</a> Chemical Science. 11 (10), 2621-2626 (2020).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+NIR-II+dyes+with+ultralong+circulation+persistence+for+image-guided+delivery+and+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Organic NIR-II dyes with ultralong circulation persistence for image-guided delivery and therapy.</a> Journal of Controlled Release. 342, 157-169 (2022).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+NIR-II+fluorophores+with+ultralong+blood+circulation+for+cancer+imaging+and+image-guided+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medicinal+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Self-assembled NIR-II fluorophores with ultralong blood circulation for cancer imaging and image-guided surgery.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 65 (3), 2078-2090 (2022).</li>
<li>Li, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+small-molecule+fluorophores+for+in+vivo+NIR-IIa+and+NIR-IIb+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Novel small-molecule fluorophores for in vivo NIR-IIa and NIR-IIb imaging.</a> Chemical Communications. 56 (22), 3289-3292 (2020).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+the+development+of+NIR-II+organic+emitters+for+biomedicine%5BTitle%5D)+AND+%22Coordination+Chemistry+Reviews%22%5BJournal%5D)">Recent advances in the development of NIR-II organic emitters for biomedicine.</a> Coordination Chemistry Reviews. 415, 213318(2020).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((long-fluorescence-lifetime+dyes+for+deep-near-infrared+bioimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">long-fluorescence-lifetime dyes for deep-near-infrared bioimaging.</a> Journal of the American Chemical Society. 144 (31), 14351-14362 (2022).</li>
<li>Li, C., Chen, G., Zhang, Y., Wu, F., Wang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+fluorescence+imaging+technology+in+the+near-infrared-II+window+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Advanced fluorescence imaging technology in the near-infrared-II window for biomedical applications.</a> Journal of the American Chemical Society. 142 (35), 14789-14804 (2020).</li>
<li>Li, B., Lin, J., Huang, P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+probes+for+luminescence+lifetime+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotheranostics%22%5BJournal%5D)">Near-infrared probes for luminescence lifetime imaging.</a> Nanotheranostics. 6 (1), 91-102 (2022).</li>
<li>Lei, Z., Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+engineering+of+NIR-II+fluorophores+for+improved+biomedical+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Molecular engineering of NIR-II fluorophores for improved biomedical detection.</a> Angewandte Chemie International Edition. 60 (30), 16294-16308 (2021).</li>
<li>He, S., Song, J., Qu, J., Cheng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crucial+breakthrough+of+second+near-infrared+biological+window+fluorophores%3A+design+and+synthesis+toward+multimodal+imaging+and+theranostics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Crucial breakthrough of second near-infrared biological window fluorophores: design and synthesis toward multimodal imaging and theranostics.</a> Chemical Society Reviews. 47 (12), 4258-4278 (2018).</li>
<li>Guo, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardized+rat+coronary+ring+preparation+and+real-time+recording+of+dynamic+tension+changes+along+vessel+diameter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Standardized rat coronary ring preparation and real-time recording of dynamic tension changes along vessel diameter.</a> Journal of Visualized Experiments. (184), e64121(2022).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salidroside%2C+a+phenyl+ethanol+glycoside+from+rhodiola+crenulata%2C+orchestrates+hypoxic+mitochondrial+dynamics+homeostasis+by+stimulating+Sirt1%2FP53%2FDrp1+signaling%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Ethnopharmacology%22%5BJournal%5D)">Salidroside, a phenyl ethanol glycoside from rhodiola crenulata, orchestrates hypoxic mitochondrial dynamics homeostasis by stimulating Sirt1/P53/Drp1 signaling.</a> Journal of Ethnopharmacology. 293, 115278(2022).</li>
<li>Ji, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acceptor+engineering+for+NIR-II+dyes+with+high+photochemical+and+biomedical+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Acceptor engineering for NIR-II dyes with high photochemical and biomedical performance.</a> Nature Communications. 13 (1), 3815(2022).</li>
<li>Hou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salidroside+intensifies+mitochondrial+function+of+CoCl2-damaged+Ht22+cells+by+stimulating+Pi3k-Akt-Mapk+signaling+pathway%5BTitle%5D)+AND+%22Phytomedicine%22%5BJournal%5D)">Salidroside intensifies mitochondrial function of CoCl2-damaged Ht22 cells by stimulating Pi3k-Akt-Mapk signaling pathway.</a> Phytomedicine. , (2022).</li>
<li>Jiang, Y., Pu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+probes+for+autofluorescence-free+optical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Molecular probes for autofluorescence-free optical imaging.</a> Chemical Reviews. 121 (21), 13086-13131 (2021).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die NIR-I-Fluoreszenzbildgebung kann bis zu einem gewissen Grad für die Tumor- und Gefäßbildgebung verwendet werden, führt jedoch aufgrund der begrenzten maximalen Emissionswellenlänge von NIR-I-Fluorophoren (<900 nm) zu einer schlechten Gewebepenetration und einem Tumorsignalhintergrundverhältnisvon 33,34. Eine schlechte und niedrige Bildgebungsauflösung kann zu einer Abweichung zwischen dem Ergebnis der bildgebenden Feedbackbehandlung und dem tatsächlichen ther...

Die Fluoreszenzbildgebung ist das am häufigsten verwendete molekulare Bildgebungswerkzeug in der Grundlagenforschung und wird auch häufig zur Steuerung der chirurgischen Tumorresektion in Klinikeneingesetzt 1. Das wesentliche Prinzip der Fluoreszenzbildgebung besteht darin, eine Kamera zu verwenden, um die von einem Laser emittierte Fluoreszenz nach der Bestrahlung von Proben (Gewebe, Organe usw.) zu empfangen. 2. Der Vorgang ist innerhalb weniger Millisekunden abgeschlossen3. Die Wellenlängen der Fluoreszenzbildgebung können in ultraviolette (200-400 nm), sichtbare Bereiche (400-700 nm), Nahinfrarot I (NIR-I, 700-900 nm) und Nahinfrarot II (NIR-II, 1000-1700 nm) unterteilt werden4,5,6. Da die endogenen Moleküle wie Hämoglobin, Melanin, Desoxyhämoglobin und Bilirubin in biologischen Geweben eine starke Absorption und einen Streueffekt auf das Licht in sichtbaren Bereichen haben, werden das Eindringen und die Empfindlichkeit des Lichts stark reduziert, und die Fluoreszenzbildgebung in Wellenlängen des sichtbaren Lichts wird nachteilig beeinflusst 7,8,9.
Die NIR-II-Fluoreszenzbildgebung weist eine geringe Photonenabsorption und -streuung, eine hohe Abbildungsgeschwindigkeit und einen hohen Bildkontrast (oder eine hohe Empfindlichkeit) auf10,11. Mit zunehmender Fluoreszenzwellenlänge nimmt die Absorption und Streuung von Fluoreszenz in biologischen Geweben allmählich ab, und die Autofluoreszenz in der NIR-II-Region ist extrem niedrig12. Somit erhöht das NIR-II-Fenster die Eindringtiefe von Geweben signifikant und erhält eine höhere Auflösung und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis13,14,15. Das NIR-II-Fenster kann weiter unterteilt werden in die Fenster NIR-IIa (1300-1400 nm) und NIR-lIb (1500-1700 nm)16. Bisher wurden mehrere Meilensteine von NIR-II-Materialien berichtet, darunter einwandige Kohlenstoffnanoröhren aus anorganischem Material, Seltenerd-Nanopartikel, Quantenpunkte und Halbleiterpolymer-Nanopartikel aus organischem Material, niedermolekulare Farbstoffe, aggregationsinduzierte Lumineszenzmaterialien usw. 1,17,18,19,20,21,22. Anorganische Nanomaterialien reichern sich leicht in Leber, Milz usw. an und haben eine potenzielle langfristige Biotoxizität23. Organisches niedermolekulares Fluorophor hat die Vorteile eines schnellen Stoffwechsels, einer geringen Toxizität, einer einfachen Modifikation und einer klaren Struktur, die die vielversprechendste Sonde für den klinischen Einsatz ist24.
Das optische Bildgebungssystem NIR-II ist auch eine wichtige Komponente der Fluoreszenz-Biobildgebung, da es NIR-II-Fluoreszenzsignale von der NIR-II-Sonde effizient erfassen und so präzise funktionelle, anatomische und molekulare Bilder liefernkann 25,26. Das NIR-II-Bildgebungssystem besteht hauptsächlich aus Kurzwellen-Infrarotkameras, Langpassfiltern, Lasern und Computerprozessoren. Im lebenden Organismus Die NIR-II-Fluoreszenzbildgebung gilt als einer der praktikabelsten bildgebenden Ansätze zur Aufklärung der Mechanismen von Krankheiten und der Natur des Lebens27,28,29. Die NIR-II-Bildgebungstechnologie ist in biomedizinischen Bereichen wie der Erkennung von Krebszellen, der dynamischen Bildgebung, der gezielten In-vivo-Verfolgung und der gezielten Therapie, insbesondere in der onkologischen Forschung, weit verbreitet30,31. Angesichts der hohen technischen Anforderungen der NIR-II-Bildgebungstechnologie an bildgebende Sonden und Instrumente verwirrt und schränkt sie jedoch auch den praktischen Einsatz von Forschern in verschiedenen Bereichen ein. Daher werden in diesem Artikel die Herstellung von NIR-II-Bildgebungssonden und die Anwendungen der NIR-II-Bildgebung ausführlich vorgestellt.

<table><tbody><tr><td>Wasserfreies Pyridin</td><td>Perimed&nbsp;</td><td>110-86-1</td><td></td></tr><tr><td>Wasserfreies Natriumsulfat</td><td>China National Medicines Co., Ltd</td><td>SY006376</td><td></td></tr><tr><td>Schwarzer Karton</td><td>Suzhou Yingrui Optical Technology Co., Ltd</td><td>AO00158</td><td></td></tr><tr><td>Säulenchromatographie</td><td>Energie Chemisches</td><td>E080498</td><td></td></tr><tr><td>Diphenylphosphin Palladiumdichlorid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B2161-1g</td><td></td></tr><tr><td>DSPE-PEG2000</td><td>Ponsure</td><td>PS-E1</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco's modifizierter Eagle Medium</td><td>Gibco</td><td>8121587</td><td></td></tr><tr><td>EGTA</td><td>Biofroxx</td><td>EZ6789D115</td><td></td></tr><tr><td>Fötales Rinderserum</td><td>Gibco</td><td>2166090RP</td><td></td></tr><tr><td>Isofluran</td><td>GLPBIO</td><td>GC45487-1</td><td></td></tr><tr><td>K2CO3</td><td>Macklin</td><td>P816305-5g</td><td></td></tr><tr><td>N. N '- Dimethylformamid</td><td>China nationale Arzneimittel Co., Ltd</td><td>02-12-1968</td><td></td></tr><tr><td>NIR-II bildgebendes Instrument</td><td>Suzhou Yingrui Optical Technology Co., Ltd</td><td>16011109</td><td></td></tr><tr><td>N-Sulfenanilid</td><td>Enerry Chemikalie &nbsp;</td><td>1250030-5g</td><td></td></tr><tr><td>PdCl2(dppf)2CH2Cl2</td><td>TCI&nbsp;</td><td>B2064-1g</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-Streptomycin</td><td>Gibco</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>China nationale Arzneimittel Co., Ltd</td><td>M005197</td><td></td></tr><tr><td>Tetratriphenylphosphin Palladium</td><td>Immochem</td><td>1021232-5g</td><td></td></tr><tr><td>Tetratriphenylphosphin Palladium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1021232-5g</td><td></td></tr><tr><td>Tributylzinnchlorid</td><td>Immochem</td><td></td><td></td>QH004335</tr><tr><td>Trimethylchlorsilan</td><td>China nationale Arzneimittel Co., Ltd</td><td>40060560</td><td></td></tr></tbody></table>

eine helle nir-ii-fluoreszenzsonde für die gefäß- und tumorbildgebung

A Bright NIR-II Fluorescence Probe for Vascular and Tumor Imaging

Als aufstrebende Bildgebungstechnologie hat die Nahinfrarot-II-FLUORESZENZBILDGEBUNG (NIR-II, 1000-1700 nm) aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, ihrer tiefen Gewebedurchdringung und ihrer überlegenen Bildgebung mit räumlicher und zeitlicher Auflösung ein erhebliches Potenzial im biomedizinischen Bereich. Die Methode zur Erleichterung der Implementierung der NIR-II-Fluoreszenzbildgebung für einige dringend benötigte Bereiche wie Medizin und Pharmazie hat jedoch relevante Forscher verwirrt. Dieses Protokoll beschreibt detailliert den Aufbau und die Bioimaging-Anwendungen einer molekularen NIR-II-Fluoreszenzsonde, HLY1, mit einem D-A-D-Skelett (Donor-Akzeptor-Donor). HLY1 zeigte gute optische Eigenschaften und Biokompatibilität. Darüber hinaus wurde die NIR-II-Gefäß- und Tumorbildgebung bei Mäusen mit einem NIR-II-Optik-Bildgebungsgerät durchgeführt. Es wurden hochauflösende NIR-II-Fluoreszenzbilder in Echtzeit aufgenommen, um die Erkennung von Tumoren und Gefäßerkrankungen zu steuern. Von der Sondenvorbereitung bis zur Datenerfassung wird die Bildqualität erheblich verbessert und die Authentizität der molekularen NIR-II-Sonden für die Datenaufzeichnung in der intravitalen Bildgebung sichergestellt.

Die Fluoreszenzintensität und Helligkeit von wasserabhängigen HLY1-Punkten wurde mit einem NIR-II-Bildgebungsgerät bestimmt. Die Fluoreszenzintensität von HLY1 in der 90% fwTHF/H2O-Mischungwar fünfmal so hoch wie in der THF-Lösung, was auf ein markantes AIE-Merkmal von HLY1 hindeutete (Abbildung 1B). Darüber hinaus emittierten HLY1-Punkte starke Fluoreszenzsignale unter einem 1.500-nm-LP-Filter, was zeigt, dass HLY1-Punkte für die NIR-IIb-Bildgebung verwendet w...

Das vorliegende Protokoll beschreibt eine detaillierte Echtzeit-NIR-II-Fluoreszenz-Bildgebungsoperation einer Maus unter Verwendung eines NIR-II-optischen Bildgebungsgeräts.

Eine helle NIR-II-Fluoreszenzsonde für die Gefäß- und Tumorbildgebung

As an emerging imaging technology, near-infrared II (NIR-II, 1000-1700 nm) fluorescence imaging has significant potential in the biomedical field, owing ...

Die hochauflösende Gefäß- und Tumorbildgebung wurde mit dem Nahinfrarot- bis Fluoreszenz-Nanoprob realisiert und bietet eine genaue und effektive Methode zur Steuerung von Gefäßerkrankungen und Krebs. Die In-vivo-Bildgebung im NIR-II-Fenster, die es uns ermöglicht, tief in lebende Probanden zu blicken, bietet Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung und unsere klinischen Anwendungen. Bereiten Sie sich auf die Nahinfrarot-II- oder NIR-II-Bildgebung vor, indem Sie handelsüblichen schwarzen Karton in die Mitte des Trägers des Bildgebungsgeräts legen.Legen Sie dann die Probe auf den schwarzen Karton, so dass sie sich in der Mitte des Trägers befindet. Nachdem Sie den entsprechenden Filter ausgewählt haben, führen Sie die Höhenverstellung der Plattform durch. Drücken Sie lange auf die Option der Plattform nach oben auf der Touchscreen-Oberfläche des Bedienbereichs der Trägerkonsole, um sie nach oben zu bewegen.Drücken Sie die Plattform lange nach unten, um sie nach unten zu bewegen. Nach der Synthese des NIR-II-Farbstoffs HLY1 werden die HLY1-Punkte mittels Nanopräzipitationsmethode unter Verwendung von DSPE-PEG-2K als Verkapselungsmatrix hergestellt. Stellen Sie dazu ein Becherglas mit einer Lösung von 10 Milligramm DSPE-PEG-2K in neun Milliliter Wasser zur Beschallung bei 25 Grad Celsius.Dann lösen Sie ein Milligramm HLY1 in einem Milliliter Tetrahydrofuran oder THF. Und fügen Sie die Lösung langsam in die wässrige DSPE-PEG-2K-Lösung hinzu, die einer Beschallung unterzogen wird. Anschließend THF durch Dialyse aus der Mischung entfernen.Nachdem Sie die obige Lösung 10 Minuten lang zentrifugal mit Ultrafiltration bei 7.100 G konzentriert haben, stellen Sie sie zur zukünftigen Verwendung in einen Kühlschrank mit vier Grad Celsius. Für die In-vivo-Bildgebung injizieren Sie die HLY1-Punkte intravenös in die anästhesierten Mäuse. Und drei Minuten später führen Sie eine NIR-II-Fluoreszenzbildgebung der Blutgefäße des gesamten Körpers der Mäuse mit einem optischen NIR-II-Bildgebungssystem durch.Konzentrieren Sie sich weiter auf den Kopf der Maus, um die Gefäßbildgebung des Gehirns zu erfassen. Stellen Sie die Geräteparameter des optischen NIR-II-Bildgebungssystems auf 90 Milliwatt pro Quadratzentimeter und 808 Nanometer Laser ein. Sammeln Sie die Bilder fünf Minuten nach der Injektion von HLY1-Punkten in Mäuse und verarbeiten Sie die Daten mit der ImageJ-Software.Die Fluoreszenzintensität von HLY1 in der 90%igen THF-Lösung, die 90% Wasser enthielt, war fünfmal so hoch wie in der THF-Lösung, was auf eine prominente aggregationsinduzierte Emission oder AIE-Eigenschaft von HLY1 hinweist. Die HLY1-Punkte emittierten starke Fluoreszenzsignale unter einem 1.500-Nanometer-Tiefpass- oder LP-Filter, was ihre Eignung für die NIR-IIb-Bildgebung bestätigte. Die maximale Absorptions- und Emissionswellenlänge von HLY1-Punkten betrug 740 Nanometer bzw. 1.040 Nanometer.Zusätzlich wurde die hydrodynamische Größe von HLY1-Punkten durch dynamische Lichtstreuung auf 145 Nanometer bestimmt. Bei Mäusen, denen HLY1-Punkte verabreicht wurden, wurden die Hirngefäße und die Mikrogefäße in den Hinterbeinen durch NIR-II-Bildgebung unter einem 1.500-Nanometer-LP-Filter eindeutig identifiziert. Darüber hinaus waren die vier T1-Tumoren der tumortragenden Mäuse auch durch NIR-II-Bildgebung deutlich sichtbar, was auf die verbesserte Permeabilität und Retention oder den EPR-Effekt von HLY1-Punkten hinweist.Alle diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass HLY1-Punkte eine helle NIR-II-Fluoreszenzsonde sind, die für die Gefäß- und Tumorbildgebung geeignet ist. Die Herstellung der wassersuspendierbaren Nanosonde unter der In-vivo- und NIR-II-Fluoreszenzbildgebung ist der wichtigste Teil des Verfahrens.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

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